"Comportement mécanique des poutres composites renforcées par nanotubes en carbone : cas de vibration et flambement

Abstract

Les poutres jouent un rôle important dans les applications d'ingénierie telles que les pales de rotor, les ailes d'avion, les antennes d'engins spatiaux, les bras de robots, les capteurs et les actionneurs. Elles sont souvent soumises à des sollicitations dynamiques et statiques. Les vibrations, les fréquences naturelles et le flambage sont des sujets importants dans l'analyse des poutres. D'autre part,"en raison de leurs excellentes propriétés thermiques, électriques et mécaniques, les nanotubes de carbone"(NTCs) sont largement utilisés comme renfort pour les poutres composites polymères. Parmi toutes leurs propriétés mécaniques exceptionnelles telles qu'une grande résistance, un module élevé, une bonne résistance à la corrosion, un rapport d'aspect élevé et une faible densité, les poutres nanocomposites résultantes présentent des caractéristiques structurales significatives. Ce travail de thèse a pour objet"d’étudier le flambement statique et la vibration libre de poutres composites en polymères renforcées par nanotubes de carbone"(NTCs)."La théorie raffinée des poutres d'ordre supérieur est proposée pour traiter ce type de problème sans inclure le facteur de correction de cisaillement. Les poutres sont renforcées par différentes configurations de la distribution des nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNTs) dans une matrice de polymère. Les propriétés matérielles des poutres en composites renforcées par des nanotubes de carbone (CRNTC)"sont prédites en utilisant deux approches, la première et la loi de mélange étendue et la deuxième par l’approche d'Eshelby-Mori-Tanaka. "Les équations différentielles de mouvement obtenues en utilisant le principe de Lagrange sont résolues pour la première fois à l'aide d'une procédure numérique robuste et précise, c’est une combinaison de la méthode des Eléments Finis avec la méthode de Quadrature Différentielle (MEF-QD), avec une vitesse de convergence élevée, des performances de calcul rapides ainsi qu'une bonne stabilité numérique. Les résultats obtenus sont vérifiés et validés avec ceux d'autres méthodes de résolution qui existent dans la littérature et présentent un bon accord. L'influence des paramètres d'agglomération des NTC, des différents modèles de distribution des NTCs, du rapport longueur-épaisseur, de la fraction volumique et des conditions aux limites sur l’analyse de vibration et de flambement est étudiée et discutée."